耐辐射球菌DNA损伤响应蛋白PprI的作用机制研究

耐辐射球菌pprI是DNA损伤修复开关基因，它调控了包括重要DNA修复蛋白RecA和PprA等许多蛋白的表达，对该细菌的极端电离辐射抗性非常重要。在耐辐射球菌受到电离辐射后，PprI启动了包括了胁迫响应途径、转录翻译途径、能量和物质代谢途径、抗氧化途径等DNA损伤响应和细胞生存网络，但是其分子机制尚不清楚。有意思的是，作为一个关键的逆境调控蛋白，PprI蛋白本身的表达水平在电离辐射前后没有变化，这暗示PprI蛋白在辐照胁迫下发生了状态的变化。以此为线索，我们开展相应的实验，初步结果表明PprI存在磷酸化和去磷酸化现象，而且磷酸化位点对电离辐射抗性非常重要。因此，本项目拟通过对PprI磷酸化修饰、蛋白互作以及PprI生化功能等研究来阐明PprI的作用的分子机理，进而为了解耐辐射球菌全新的DNA损伤响应机制提供重要的理论依据。

耐辐射球菌是一种极端微生物，它可以在极端电离辐射胁迫后迅速准确修复基因组DNA并存活下来。PprI蛋白是耐辐射球菌属细菌特有的蛋白，在耐辐射球菌极端电离辐射抗性起关键作用。在电离辐射后，PprI调控了包括DNA修复蛋白RecA、PprA和SSB等在内大量蛋白的表达，但是其中的机制并不清楚。本项目研究目标是了解PprI生化特性、鉴定互作蛋白及翻译后修饰，进而了解其生物学功能和分子机制。过去三年，我们按照项目计划书对耐辐射球菌PprI在DNA损伤响应的调控机制展开了研究，取得一些成果。 具体发现如下：我们发现PprI在耐辐射球菌受到电离辐射后调控了200多个基因的表达，这些基因编码大量DNA损伤修复和响应的蛋白；PprI蛋白可以结合recA和pprA的启动子，这种结合具有序列特异性。在体外，PprI在耐辐射球菌受到电离辐射后结合到recA和pprA的启动子区域；PprI的DNA结合活性对调控下游包括recA和pprA在内的基因表达很重要，也对耐辐射球菌的极端电离辐射抗性很重要；PprI蛋白可能与近二十个蛋白存在互作，包括DNA依赖的RNA聚合酶β亚基（RpoB）；第72位丝氨酸对PprI与RpoB互作很重要，而且PprI与RpoB的蛋白间互作对耐辐射球菌的极端电离辐射抗性很重要；在电离辐射后，PprI和RpoB都结合到下游基因的启动子区域。根据以上线索，我们推测了关于PprI在电离辐射后工作的一个模型，即在耐辐射球菌收到电离辐射后，PprI状态改变，并结合到下游受其调控的基因的启动子区域，并通过蛋白蛋白互作招募RNA聚会酶到这些位点，启动转录来应对细胞内的紧急情况。这些发现使得我们对PprI调控DNA损伤响应网络分子机理有了深入的了解，也为阐明耐辐射球菌高效修复系统的分子机制，以及潜在的新型生物抗逆种质资源的开发、污染环境的生物修复等方面的应用提供有价值的理论依据。